 |
Ильин А. П. Методические указания. К выполнению курсовой работы по дисциплине «теплопередача». Содержание. Введение. Условные обозначения
|
|
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
" Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова"
(ФГБОУ ВО «ИжГТУ имени М. Т. Калашникова)
Ильин А. П.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению курсовой работы по дисциплине «Теплопередача»
Ижевск 2017
СОДЕРЖАНИЕ
стр
ВВЕДЕНИЕ………………………. …………………………………………… 4
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ………………………………………………. 5
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ…………………………….. 6
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 1…………………………………. …………….. 11
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 2………………………………………………... 13
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 3………………………………………………... 15
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 4………………………………………………... 18
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 5………………………………………………... 21
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 6………………………………………………... 22
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 7………………………………………………... 24
ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ № 8………………………………………………... 26
ПРИЛОЖЕНИЕ………………………………………………………………... 28
ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………………. 32
ВВЕДЕНИЕ
Методические указания для курсовой работы составлены в полном соответствии с новыми рабочими программами по дисциплинам «Теплопередача».
При изучении дисциплины определенное количество часов выделяется на самостоятельную работу студентов. В качестве контроля за самостоятельной работой студентов различных специальностей по дисциплинам, включающим разделы теплотехники, предложены варианты курсовой работы.
|
|
|
Предлагаемые задания отражают связь теоретической части курса «Теплопередача» с ее прикладной частью в области энергетики нефтегазового комплекса.
Выбор варианта и количество заданий производится преподавателем в зависимости от дисциплины и количества часов, выделенных на самостоятельную работу студентов.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Q – тепловой поток, Вт;
q, qℓ – поверхостная и линейная плотность теплового потока, Вт/м2, Вт/м;
t, T – температура, 0С, K;
t – время, с (сут. );
V, G – объемный и массовый расход (производительность), м3/c, кг/с;
l– коэффициент теплопроводности, Вт/(м. К);
a– коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2. К);
а – коэффициент температуропроводности, м2/с;
k – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2. К);
F, f – площадь, м2;
d – диаметр, м;
d, ℓ – толщина, линейный размер, м;
w – линейная скорость, м/с;
u – массовая скорость, кг/(м2. с);
n, m – кинематический и динамический коэффициенты
вязкости, м2/с, Па× с;
b – температурный коэффициент объемного расширения, 1/К;
Г – геотермический градиент, 0С/м;
Р – индекс противоточности.
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ
Закон Фурье
q = -l× grad t. (1)
Закон Ньютона-Рихмана
q = a× (tж – tc ). (2)
Закон Стефана-Больцмана
qs = cs× (T/100)4 
. (3)
Тепловой поток
Q = q× F = qℓ × ℓ . (4)
Плотность теплового потока при теплопроводности через многослойную плоскую стенку
q = 
. (5)
|
|
|
Линейная плотность тепловой потока при теплопроводности через многослойную цилиндрическую стенку
qℓ = 
. (6)
Числа (критерии) подобия:
Нуссельта Nu = 
, (7)
Рейнольдса Re = 
= 
, (8)
Грасгофа Gr = 
, (9)
Прандтля Pr = 
. (10)
Таблица 1
Уравнения подобия конвективного теплообмена
| Вид конвекции | Диапазон изменения определяющих комплексов | Уравнение подобия | ||
| Вынужденное течение жидкости в трубе | Re £ 2300 | (Gr× Pr) < 8× 105 | Nu = 1, 55 
| |
| (Gr× Pr) ³ 8× 105 | Nu = 0, 15 Re0, 33× Gr0, 1× Pr0, 43 × et | |||
| 2300 < Re £ 10000 | Nu = (0, 563 Re0, 5 - 23, 346) Pr0, 43 × et | |||
| Re > 10000 | Nu = 0, 021 Re0, 8× Pr0, 43 × et | |||
| Свободное движение в пространстве
| неограниченное пространство | Gr× Pr £ 5× 102 | Nu = 1, 18 (Gr× Pr)0, 125 × et | |
| 5× 102 < Gr× Pr £ 2× 107 | Nu = 0, 54 (Gr× Pr)0, 25 × et | |||
| Gr× Pr > 2× 107 | Nu = 0, 135 (Gr× Pr)1/3 × et | |||
| ограниченное пространство | lэк = eк × l | |||
| Gr× Pr £ 1000 | eк = 1 | |||
| Gr× Pr > 1000 | eк = (Gr× Pr)0, 25 | |||
Температурная поправка, учитывающая различие теплофизических свойств жидкости у поверхности теплообмена и вдали от нее
et = 
. (11)
Тепловой поток, передаваемый излучением между двумя телами
Q1, 2 = e1, 2 cs F1 
, (12)
где e1, 2– приведенная степень черноты тел,
e1, 2 = 
; (13)
c s – коэффициент излучения абсолютно черного тела, c s = 5, 67 Вт/(м2. К4). Основное уравнение теплопередачи при постоянных температурах теплоносителей
Q = k× F× (tж1 - tж2). (14)
Коэффициент теплопередачи через через многослойную
плоскую стенку
|
|
|
k = 
. (15)
Температуры нисходящего потока в бурильной колонне
t = 
(16)
и восходящего потока в затрубном пространстве
t = 
, (17)
где A1 = 
, A2 = 
, B = 
, (18)
k1 = 
, k2 = 
, (19)
M1 = 
, (20)
R1 = 
, (21)
M2 = 
, R2 = 
. (22)
Распределение температур нагнетаемой воды
t = 
(23)
и добываемой нефти по глубине скважины
t = 
, (24)
где A = 
, (25)
k = 
, (26)
а эффективный коэффициент теплопроводности
lэф = lэк + lл = (l + aк× d) + aл× d. (27)
Линейная плотность теплового потока от заглубленного
трубопровода
qℓ = 
. (28)
Термическое сопротивление грунта
Rгр = 
, (29)
где hэ = h + 
. (30)
Основное уравнение теплопередачи при переменных
температурах теплоносителей
Q = = (kF)Qm = 
. (31)
Уравнение теплового баланса теплообменного аппарата, в котором не происходит изменения агрегатного состояния теплоносителей
Q = (1-η )G1× cpm1(t1’ - t1”) = G2× cpm2(t2” – t2’), (32)
где η – относительные потери теплоты в окружающую среду,
η = 0, 95 – 0, 98.
Средняя логарифмическая разность температур теплоносителей
Qm = 
, (33)
где Q1 = Qma + 
, Q2 = Qma - , (34)
Qma = 
, (35)
|
|
|
DT = 
, (36)
, 
. (37)
|
|
|
